T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   1 6 1 1 ~ 1 6 3 1   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 5 . 27848          1611       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   A co m pa ra tive a ss ess m en t  o f  m a c h ine learning ,  stati stica l,  a nd  hy brid app ro a che s in a m ending  EC M WF  ra infall  bias  in  th e  Ba tang ha ri  riv er  ba sin       Arif   M a ’ ruf i 1,   2 ,   T a nia   J un e 1 ,   I   P utu  Sa nti k a y a s a 1,   5 ,   Apip 3 ,   Sis w a nto 4   1 D e p a r t me n t   o f   G e o p h y si c s a n d   M e t e o r o l o g y ,   F a c u l t y   o f   M a t h e mat i c s  a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s,  I P B   U n i v e r si t y ,   B o g o r ,   I n d o n e si a     2 C l i m a t o l o g y   S t a t i o n   o f   Jam b i ,   T h e   A g e n c y   f o r   M e t e o r o l o g y ,   C l i mat o l o g y   a n d   G e o p h y si c s (BM K G ) ,   Jamb i ,   I n d o n e si a     3 R e se a r c h   C e n t e r   f o r   L i mn o l o g y   a n d   W a t e r   R e so u r c e s,  N a t i o n a l   R e se a r c h   a n d   I n n o v a t i o n   A g e n c y   ( B R I N ) ,   C i b i n o n g ,   I n d o n e si a     4 D i r e c t o r a t e   o f   A p p l i e d   C l i ma t e   S e r v i c e s ,  T h e   A g e n c y   f o r   M e t e o r o l o g y ,   C l i mat o l o g y ,   a n d   G e o p h y si c s (BM K G ) ,   Jak a r t a ,   I n d o n e si a     5 C e n t r e   f o r   C l i mat e   R i s k   a n d   O p p o r t u n i t y   M a n a g e me n t   i n   S o u t h e a s t   A si a   P a c i f i c   ( C C R O M – S EA P ) ,   I P B   U n i v e r si t y ,   B o g o r ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   3 ,  2026   R ev i s ed   J u n   18 ,  2026   A cc ep ted   J u n   30 ,  2026       In   tro p ica l  b a si n s,  ra in f a ll   p re d ict io n s  u sin g   i n tern a ti o n a l  n u m e rica l  w e a th e r   p re d ictio n   (NW P )   m o d e ls,  li k e   th e   Eu r o p e a n   Ce n tre  f o r  M e d i u m - Ra n g e   W e a th e r   F o re c a st  (ECM W F ) ,   e x h ib it   sig n if ica n t  p e rsiste n t   b ias e s  a n d   in su f f icie n t  e n se m b le  d isp e rsio n .   T h is  stu d y   e v a lu a tes   sta ti stica l,   m a c h in e   lea rn in g   (M L ) - b a se d ,   a n d   h y b rid   b ias   c o rre c ti o n   m e th o d s  to   im p r o v e   d a il y   ra in f a ll   e stim a tes   f o r  In d o n e sia ’ s  Ba tan g h a ri  Riv e r  Ba sin .   F in d in g s  in d ica te  th a t  th e   EC M W F   m o d e l  sig n ifi c a n tl y   o v e r e sti m a tes   we t - d a y   fre q u e n c y   (W DF)  (8 1 . 5 %   v e rsu s  4 3 . 4 %   o b se rv e d )  a n d   u n d e re stim a te s  e x tre m e   m a x i m u m   m a g n it u d e s,  e x h ib i ti n g   a n   a n n u a l  m a x i m u m   ra in f a ll   b ias   o f   - 1 5 . 6   m m /d a y .   S tan d a lo n e   ML - b a se d   m e th o d s,  su c h   a s  ra n d o m   f o re st   (RF )   a n d   e x tre m e   g ra d ien t  b o o sti n g   ( XG Bo o st ) ,  e x p e rien c e   sig n if i c a n t  v a rian c e   d e f latio n ,   in a d e q u a tely   a d d re ss i n g   th e se   su b sta n ti a l  u n d e re stim a ti o n s.  In   c o n tras t,   q u a n ti le  m a p p in g   (QM)   sig n if ica n tl y   re d u c e s  th e   in tri n s ic  d rizz le   b ias   a n d   a c h iev e s  th e   h ig h e st  m o n t h ly   te m p o ra l  sta b il it y   a m o n g   th e   tes ted   f ra m e w o rk s   (Klin g - G u p ta  e ff icie n c y   (K G E)   =   0 . 3 4 1 )  w it h   lo w   p ro c e ss in g   re q u irem e n ts.  M o re o v e r,   h y b rid   m e th o d o lo g ies ,   in c lu d i n g   RF - QM   a n d   X G Bo o st - QM ,  s u c c e ss f u ll y   re sto re   th e   n a t u ra l  e n se m b le  sp re a d   a n d   ro b u stly   re c o n stru c t  t h e   u p p e r  tails  o f   e x tre m e   ra in f a ll ,   a lb e it   a t  t h e   e x p e n s e   o f   lo n g - term   v o lu m e   c o n se rv a ti o n   (re su lt in g   in   n e g a ti v e   m o n th ly   K GE ).   Ulti m a tel y ,   QM   is  f a v o re d   a s  a n   e f f e c ti v e   b a se li n e   f o r  c o n ti n u o u s   h y d ro l o g ica l   m o d e li n g ,   w h e re a s  h y b rid   m e th o d o lo g ies   a re   h ig h ly   su it e d   f o r  e v a lu a ti n g   lo c a li z e d   f las h   f lo o d   h a z a rd s a n d   sh o rt - term   se v e r e   in ten siti e s.   K ey w o r d s :   B ias co r r ec tio n     E C MW F   E x tr e m e  r ai n f a ll   Flo o d   f o r ec asti n g   Ma ch i n e  lear n i n g     Qu a n tile  m ap p in g     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T an ia  J u n e   Dep ar t m en t o f   Geo p h y s ics a n d   Me teo r o lo g y ,   Fac u lt y   o f   Ma th e m atics a n d   Natu r al  Sc ien ce s   I P B   Un iv er s it y   R a y a  Dr a m ag a   St. ,   B o g o r ,   1 6 6 8 0 ,   W est J av a,   I n d o n esia   E m ail:  ta n iaj u n e @ ap p s . ip b . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N    A cc u r ate  r ain f all  f o r ec ast in g   is   f u n d a m e n tal  f o r   h y d r o - m eteo r o lo g ical  d is aster   ea r l y   w ar n i n g   s y s te m s ,   w a ter   r eso u r ce   m a n a g e m e n t,  an d   ag r ic u lt u r al  p lan n in g   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Glo b al   n u m er ical  w ea t h er   p r ed ictio n   ( NW P )   m o d els,  p ar ticu lar l y   f r o m   t h e  E u r o p ea n   C e n tr e  f o r   Me d iu m - R a n g e  W ea th er   Fo r e ca s ts   ( E C MW F),   s er v e  as   th e   b ac k b o n e  o f   m o d er n   f o r ec asti n g   [ 3 ] .   I n   t h e  tr o p ics,  th e   co ar s e  r eso lu t io n   o f   th ese  m o d els  lead s   to   n o ticea b le  s y s te m at ic  b iases ,   p r im ar il y   b ec a u s e  th e y   f ail  to   r eso lv e  lo ca l  c o n v ec ti v e  d y n a m ics  [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 1 1 - 1631   1612   cr ea tes  t w o   m ai n   is s u es:  an   o v er esti m at io n   o f   lig h t  r ain   ( th e  ‘ d r izzle   ef f ec t ’ )   an d   an   u n d er e s ti m atio n   o f   h ea v y   ex tr e m e s .   Fo r   ca tc h m e n t s   w it h   co m p le x   ter r ai n ,   r el y i n g   o n   s u c h   b iased   d ata  ca n   u n d er m i n e   b o th   h y d r o lo g ica l   m o d eli n g   an d   f lo o d   m iti g atio n   ef f o r ts   [ 6 ] – [ 9 ] .   T h ese  i m p ac ts   ar e  esp ec iall y   cr itical  in   b asin s   w ith   i n tr icate   to p o g r ap h y   an d   h i g h   co n v ec ti v e  ac tiv it y ,   s u c h   as t h e  B atan g h ar i Ri v er   B asin   i n   I n d o n e s ia.     T r a d itio n al  b ias co r r ec tio n   t y p icall y   r elie s   o n   s tati s tical  m et h o d s   lik e  li n ea r   s ca l in g   ( L S)  a n d   q u an tile   m ap p in g   ( QM ) .   A lt h o u g h   Q M  s er v e s   as  a   s ta n d ar d   ap p r o ac h   f o r   a li g n in g   m o d el  o u t p u ts   w i th   e m p ir ica l   o b s er v atio n s   [ 1 0 ] ,   its   s tr ictl y   u n i v ar iate  ar ch itect u r e  i n h er en tl y   l i m its   it s   ca p ac it y   t o   r eso lv e  ex tr e m e   co n v ec ti v e  a n o m al ies  a n d   ad ap t  to   n o n - s tat io n ar y   c li m ate  d y n a m ic s   [ 1 1 ] .   T o   ad d r ess   th i s ,   m ac h in e  lear n i n g   ( ML )   alg o r it h m s   li k e  r an d o m   f o r est ( R F)  [ 1 2 ]   an d   ex tr e m e  g r ad ien t b o o s tin g   ( XGB o o s t)   [ 1 3 ]   ar e  in cr ea s in g l y   ap p lied   to   ex tr ac t  co m p lex ,   n o n - li n ea r   p atter n s   [ 1 4 ] – [ 1 6 ] .   Ho w e v er ,   s ta n d alo n e  M L   m o d els  s h ar e  a  cr it ical   f la w :  t h e y   te n d   to   co llap s e  d ata  v ar ian ce   a n d   d is to r t  th e  u n d er l y in g   s tatis tical  d is tr i b u tio n   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .  C o m b i n in g   th e  p r ed ictiv e  s tr en g t h   o f   M L   w i th   t h e  d is tr ib u tio n al  s tab ilit y   o f   QM   i n to   a  h y b r id   f r a m e w o r k   p r esen ts   a  p r o m is i n g   alter n ati v e.   T h is   ap p r o ac h   is   p a r ticu la r l y   r elev an t  f o r   tr o p ical  clim at es,  an   en v ir o n m e n t   w h er e  s u ch   h y b r id   ev al u atio n s   ar e  s till   v er y   l i m i ted   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   Desp ite  r ec en t  ad v an ce m en t s   in   b ias  co r r ec tio n   m o d elin g ,   a  s ig n i f ica n t  r esear ch   g a p   r em ain s .   E x is ti n g   co m p ar ativ e  as s ess m en ts   p r ed o m i n a n tl y   tar g et   m id - lati tu d e  r eg i m es,  cr ea tin g   a  s y s te m ati c   k n o w led g e  d ef ic it  r eg ar d i n g   c o n v ec ti v e - d o m i n ated   tr o p ical  ca tch m en t s   [ 3 ] ,   [ 7 ] .   Mo r eo v er ,   cu r r en t  l iter atu r e   lack s   an   i n teg r ated   b en ch m ar k in g   p r o to co l  ca p ab le  o f   co n cu r r en tl y   e v al u ati n g   cl as s ical  s t atis tical  tech n iq u es,   f u n d a m en ta l  lin ea r   b aseli n es   s u c h   as  m u lt ip le  lin ea r   r eg r ess io n   ( ML R )   [ 2 1 ] ,   an d   ad v an ce d   h y b r i d   ar ch itect u r es  ( r an d o m   f o r est - q u an tile  m ap p in g   ( R FQM ) ,   an d   XGB o o s tQM ) .   P r io r   in v es tig atio n s   f r eq u e n tl y   n eg lec t  o p er atio n al  co n s tr ain ts ,   s p ec if icall y   t h e  cr itical  ass es s m e n t  o f   ex tr e m e  p r ec ip itatio n   in d ices  ( R x 1 d a y ) ,   in ter - m e m b er   v ar ian ce   r ec o v er y ,   an d   co m p u tat io n al  o v er h e ad .   Dr iv en   b y   i n te n s e   m o n s o o n al  f o r cin g   an d   a   d o cu m e n ted   h is to r y   o f   s ev er e   p lu v ial  h az ar d s   [ 2 2 ] ,   th e  B atan g h ar i  R i v er   B asin   s er v es  as   a  r o b u s t  e m p ir ical   test b ed   f o r   ex ec u t in g   t h is   m u lt id i m en s io n a l e v al u atio n .   Mo tiv ated   b y   t h ese  m et h o d o lo g ical  g ap s ,   th i s   s tu d y   ex ec u tes  a  co m p r eh e n s iv e  b e n ch m ar k in g   o f   eig h t  d is ti n ct  b ias  co r r ec tio n   f r a m e w o r k s .   T h e  ev al u ated   s u i te  en co m p as s es  tr ad itio n al  s tat is tical  m o d el s   ( L S,   QM ,   an d   ML R ) ,   s tan d alo n e   ML   co n f i g u r atio n s   ( R F   an d   XGB o o s t) ,   an d   h y b r id   ar c h itect u r es  ( R FQM ,   XGB o o s tQM,   an d   LS   e m p ir ical  QM   ( L SEQM ) ) .   A lt h o u g h   ex i s ti n g   liter at u r e  h a s   i n v esti g ated   a  b r o ad   s p ec tr u m   o f   tech n iq u es,  s p a n n in g   u n iv ar i ate  s tatis tical  m ap p in g   [ 3 ] ,   [ 2 3 ]   an d   h y b r id   s tati s tical  co m b i n atio n s   [ 2 0 ]   h ig h l y   co m p le x   d ee p   lea r n in g   m o d els  [ 1 ] ,   [ 4 ] ,   [ 1 1 ] ,   a  cr itical  v o id   p er s is ts   r eg ar d in g   th e  in te g r atio n   o f   ML   alg o r it h m s   w ith   QM   to   s p ec if icall y   r eso l v e  ex tr e m e  d ail y   co n v ec t iv e  an o m alie s   in   tr o p ical  r eg im e s .   T h e  co m p ar is o n   o f   r ec en t r ai n f all  b ias co r r ec tio n   s tu d ies a n d   th e   p r o p o s ed   w o r k   i s   s h o w n   i n   T ab le  1 .       T ab le  1 .   C o m p ar is o n   o f   r ec en t   r ain f all  b i a s   co r r ec tio n   s tu d ie s   an d   th e  p r o p o s ed   w o r k   R e f e r e n c e s   M e t h o d s   D a t a   so u r c e   a n d   r e g i on   R e se a r c h   g a p   /   l i mi t a t i o n   c o n t e x t   f o r   t h i s   st u d y   P i e r c e   e t   a l .  [ 2 4 ]   S t a t i st i c a l   ( Q M ,   ED C D F m,  P r e sR a t )   G C M s (U n i t e d   S t a t e s)   F o c u se s o n   c l i ma t e   c h a n g e   sc a l e s;   l e s s e f f e c t i v e   f o r   d a i l y   c o n v e c t i v e   p e a k s.   U m  e t   a l .  [ 2 0 ]   S t a t i st i c a l   a n d   H y b r i d   ( Q M ,   L S ,   a n d   S p l i n e )   G C M s (S o u t h   K o r e a )   R e st r i c t e d   t o   st a t i s t i c a l   c o m b i n a t i o n s;   l a c k s  M L   i n t e g r a t i o n .   A y u g i   e t   a l .  [ 2 5 ]   S t a t i st i c a l   ( Q M B C )   R C M s (K e n y a )   U t i l i z e s si n g l e   me t h o d ;   mi sse s h y b r i d   a p p r o a c h e s fo r   c o mp l e x   t o p o g r a p h i e s.   H a n   e t   a l .  [ 5 ]   M L   ( C U - n e t )   EC M W F   ( N o r t h   C h i n a )   Ex c l u d e s ra i n f a l l ,   e mp h a s i z i n g   sp a t i a l   g r i d   c o r r e c t i o n s o v e r   e x t r e m e   p o i n t   e v a l u a t i o n s .   W a n g   e t   a l .  [ 1 ]   M L   ( cu st o mi z e d   D L )   a n d   s t a t i st i c a l   ( Q M )   R e a n a l y si s /   R a d a r   ( G u l f   o f   M e x i c o )   F o c u se s o n   h o u r l y   sp a t i a l   d o w n sca l i n g   u si n g   c o m p l e x   d e e p   l e a r n i n g ,   r a t h e r   t h a n   d a i l y   h y b r i d   c o r r e c t i o n s.   S e o   a n d   A h n   [ 3 ]   S t a t i st i c a l   ( Q M )   a n d   M L   ( l o n g   sh o r t - t e r m me mo r y   ( L S T M ) )   W R F   /   ER A 5   ( S o u t h   K o r e a )   C o mp a r e s s t a n d a l o n e   mo d e l s,  e x p l i c i t l y   n o t i n g   t h a t   M L   st r u g g l e s  w i t h   e x t r e me   r a i n f a l l   ( > 5 0   mm / d a y ) .   T a d a se   a n d   T e k i l e   [ 1 1 ]   M L   ( X G B o o st )   a n d   s t a t i st i c a l   ( EQ M )   C M I P 6   /   C H I R P S   ( U n sp e c i f i e d )   Ev a l u a t e s s t a n d a l o n e   X G B o o st   a n d   E Q M ,   c o n c l u d i n g   t h a t   M L   u n d e r e st i ma t e s rare   e x t r e me s  w h i l e   EQ M   p r e se r v e s  t h e m.  S t r o n g l y   j u st i f i e s  t h e   n e e d   f o r   a   h y b r i d   f r a me w o r k .   P r o p o se d   s t u d y   H y b r i d   ( M L - Q M ) ,   M L   ( R F   a n d   X G B ) ,   s t a t i st i c a l   ( L S ,   Q M ,   L S EQ M ,   a n d   M L R )   EC M W F   ( B a t a n g h a r i   R i v e r   B a si n ,   I n d o n e si a )   Ev a l u a t e s Q M   a s a   r o b u s t   b a se l i n e   a n d   i n t e g r a t e s i t   w i t h   M L   ( h y b r i d   M L - Q M )   t o   p r e se r v e   d a i l y   e x t r e me s i n   a   t r o p i c a l   c o n v e c t i v e   b a si n   w h i l e   b a l a n c i n g   c o m p u t a t i o n a l   c o st .       T h e  in n o v a tio n   o f   th i s   r esea r ch   lies   i n   it s   m u lt i - cr iter ia  ev alu a tio n   u s i n g   a  leav e - o n e - y ea r - o u t   ( L OYO)   cr o s s - v alid atio n   an d   en s e m b le - w id e  ap p r o ac h   to   en s u r e  p r ed ictiv e  s tab ilit y .   B y   id en ti f y i n g   th e   tr ad e - o f f s   b et w ee n   v o l u m e tr i c  ac cu r ac y   ( at  d ail y   a n d   m o n th l y   s ca les)  a n d   th e  p r ec is e   r ec o n s tr u ctio n   o f   ex tr e m e  r ain f all  m ag n it u d es,  t h is   w o r k   d eliv er s   n e w   v a lu e  i n   d eter m in i n g   th e  o p ti m al  b ias  co r r ec tio n   s tr ateg y   f o r   f lo o d   ea r l y   w ar n in g   s y s te m s   ( FEW S )   w i th i n   lar g e - s ca l e  r iv er   b asin s .   T h is   is   cr i tical  f o r   th e  d o w n s tr ea m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         A   co mp a r a tive  a s s ess men t o f m a ch in e  lea r n in g ,   s ta tis tica l,  a n d   h y b r id   a p p r o a ch es  … ( A r if Ma ’ r u fi )   1613   B atan g h ar i  R iv er   B asin ,   wh er e  r eliab le  r ain f all  ac cu m u latio n   d r iv e s   h y d r o lo g ical  m o d el s   p r ed ictin g   cu m u lat iv e  f lo o d   d is ch ar g e  a n d   s u p p o r tin g   d is a s ter   r is k   m a n ag e m e n t a lo n g   t h e  p r i m ar y   r i v er   n et w o r k .   Fro m   a  co m p u t in g   a n d   telec o m m u n icatio n   p er s p ec ti v e,   a cc u r ate  an d   b ias - co r r ec ted   r a in f all  d ata   s er v e  as  t h e  v ital  co m p u t atio n al  b ac k b o n e  f o r   m o d er n   h y d r o - in f o r m a tics .   Ge n er atin g   h i g h - f id eli t y   p r ec ip itatio n   d atasets   ar e  ess e n tial  f o r   d r iv in g   clo u d - b ased ,   r ea l - ti m e  FEW S  an d   o p ti m izi n g   i n ter n e t  o f   th i n g s   ( I o T )   b ased   en v ir o n m e n tal  s en s o r   n et w o r k s .   R ed u ci n g   p r ed ictiv e  u n ce r tai n t y   at  t h e  co m p u tatio n al  lev e l   d ir ec tl y   en h a n ce s   th e   ef f icie n c y   o f   tele m etr y   in f r as tr u ct u r e s .   T h is   i m p r o v e m en t   allo w s   s en s o r   n et w o r k s   to   op tim ize  d ata  tr an s m i s s io n   r at es  an d   s ig n if ica n tl y   lo w er   th e  r is k   o f   f alse  alar m s ,   u lti m atel y   d eli v er in g   h i g h l y   r eliab le  ea r ly   w ar n i n g s   to   at - r i s k   p o p u latio n s .   T h e  r em ai n d er   o f   th i s   m a n u s cr ip t  is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Sectio n   2   d elin ea tes  t h e  g eo g r ap h ical   at tr ib u tes  o f   th e  s t u d y   ca tc h m en t,  th e  h y d r o - m e teo r o lo g ical  d atasets ,   an d   th e  m at h e m atica l   f o u n d atio n s   o f   th e   ev alu a ted   b ias  co r r ec tio n   f r a m e w o r k s .   Sectio n   3   ex p o u n d s   u p o n   th e   e m p ir ical   f in d i n g s ,   o f f er i n g   a  r i g o r o u s   d iag n o s t ic  ass es s m en t  o f   r ela tiv e  m o d el  p e r f o r m an ce   ac r o s s   alter n ati v e  s ce n ar io s .   W e  w r ap   th i n g s   u p   i n   s ec tio n   4   b y   b r in g in g   to g eth e r   o u r   k e y   ta k ea w a y s   a n d   s u g g esti n g   h o w   th e s e  to o ls   ca n   b e  d ep lo y ed   i n   r ea l - w o r ld   o p er atio n s .       2.   M E T H O D   T h is   an al y s is   f o c u s ed   o n   th e   B atan g h ar i  R i v er   B asin .   Ou r   an al y s i s   h ea v i l y   d ep en d s   o n   E C MW F  d ail y   r ain f a ll  f o r ec asts   ( 2 0 2 0 – 2 0 2 4 )   a cr o s s   5 1   en s e m b le  m e m b er s .   O n ce   ex tr ac ted   at  a  d aily   s ca le,   w e   s p atiall y   p air ed   th is   f o r ec ast  d ata  w it h   o u r   tar g et  b asin   to   p r e p ar e  f o r   th e  b ias  co r r ec ti o n   s tep .   W e  th en   b en ch m ar k ed   th e  m o d el  r esu lt s   ag ain s t  r ea l - w o r ld   o b s er v atio n s .   T h is   g r o u n d - tr u t h   d ata  w as  s o u r ce d   f r o m   8 6   r ain f al l  s tatio n s   o p er ated   b y   t h e  Me teo r o lo g y ,   C li m ato lo g y ,   an d   Geo p h y s ics  Ag e n c y   ( B MK G)   an d   th e  R i v er   B asi n   Or g a n izat io n   o f   Su m atr a  VI   ( B W SS   VI ) .   T h e  g eo g r a p h ic  d o m ain   o f   t h e  i n v e s ti g ate d   B atan g h ar i  R i v er   B asin   w i th i n   t h e  I n d o n esia n   ar ch ip elag o   i s   d elin ea ted   in   Fig u r e  1 ,   w it h   t h e  r i g h t - h a n d   in s et   s p ec i f icall y   h ig h li g h ti n g   its   m ac r o - s ca le  o r ien tatio n .   Me a n w h ile ,   t h e  le f t  p an el  m ap s   o u t  t h e  b asi n   b o r d er s ,   th e  E C MW F   g r id ,   an d   th e  s p r ea d   o f   th e  r ai n   g au g es.             Fig u r e  1 .   Stu d y   ar ea   o f   t h e  B atan g h ar i R iv er   B asi n   w it h   E C MW F  m o d el  g r id s   an d   o b s er v atio n   s tatio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 1 1 - 1631   1614   T o   s tr ictl y   p r eser v e  d ata  q u alit y ,   o n l y   o b s er v atio n   s tatio n s   w it h   m is s i n g   r ec o r d s   u n d er   th e  5 %  th r es h o ld   w er e  an al y ze d .   W e  ap p lied   a  K - n ea r est  n ei g h b o r s   ( KNN)   alg o r ith m   to   i m p u te  th ese  m i n i m a l   te m p o r al  g ap s   b ased   o n   n eig h b o r in g   d ail y   s i m ilar itie s ,   ca r ef u ll y   av o id i n g   an y   d i s to r tio n   to   th e  o r ig in al   r ain f al l  d is tr ib u t io n .   T h e  s tr u ctu r al  to p o g r ap h y   o f   th e  b asi n   w as  t h e n   v al id ated   u s i n g   t h e  9 0 - m   r e s o lu tio n   m u lti - er r o r - r e m o v ed   i m p r o v ed - ter r ain   ( ME R I T )   d ig ital  elev atio n   m o d el   ( DE M ) .   T h e  co m p u tat io n al   ex p er i m e n ts   f o r   all   b ias  co r r ec tio n   f r a m e w o r k s   w er e  e x ec u ted   o n   a  lo ca l  w o r k s tatio n   eq u ip p ed   w i th   a  1 3 th   Gen   I n tel  C o r e  i5 - 1 3 3 5 U  p r o c ess o r   ( 1 . 3 0   GHz ) ,   1 6 . 0   GB   o f   R A M,   an d   a  6 4 - b it o p er atin g   s y s te m .   T o   m iti g ate  n o n - lin ea r   er r o r s   in   t h e  m o d eled   r ain f all  d ata,   t h is   s t u d y   s y s te m a ticall y   ev al u ates  th r ee   d is tin ct  ca te g o r ies  o f   b ias  c o r r ec tio n   alg o r ith m s .   T h e  f ir s t  ca teg o r y   co m p r i s es  tr ee - b ased   en s e m b le  ML  m o d el s ,   n a m el y   R F a n d   XGB o o s t.  Seco n d ,   w e  h av e  tr ad itio n al  s ta tis tica l  m e th o d s   li k e  L S ,   QM ,   LS E QM ,   a n d   ML R .   Fin a ll y ,   w e  te s ted   h y b r id   m o d els  ( R FQM  a n d   XGB o o s tQM)   th at  tr y   to   co m b in e  t h e  s tr en g th s   o f   ML - b ased   tech n iq u es  w it h   s tat is tic al  d is tr ib u tio n   f ix e s .   W e  p u r p o s el y   b r o u g h t  ML R   i n to   t h e  m i x   to   ac t  as  a   s o lid   b aselin e.   W h i le  QM   j u s t tr ie s   to   m atch   s tati s tical  d i s tr ib u tio n s ,   M L R   ac tu a ll y   b u ild s   a  f u n ctio n al  li n k   b et w ee n   p r ed icto r s   an d   r ea l  r ain f all.   B y   d o i n g   t h is ,   w e  ca n   s ee   i f   w e  n ee d   h ea v y ,   co m p le x   n o n - l in e ar   m o d els  to   h a n d le   tr o p ical  co n v ec tiv e  s to r m s .   T h e  ML   alg o r ith m s   an d   t h eir   h y b r id   co u n ter p ar ts   w er e  co n f ig u r ed   u s in g   a  s in g le  p r ed icto r :  th e  r a w   d ail y   r ain f all  esti m ate s   f r o m   th e  E C MW F.  T h is   s in g le - f ea t u r e  ap p r o ac h   w a s   ex p licitl y   s elec ted   to   d i r ec tly   co r r ec t  th e  m a g n i tu d e  a n d   d is t r ib u tio n   o f   m o d el  b iases   a g ai n s t  o b s er v ed   d ata,   en s u r in g   a  s t r aig h t f o r w ar d   an d   r ep licab le  co r r ec tio n   p r o ce s s   f o r   tr o p ical  cli m ates.  T o   estab lis h   a  f u n d a m e n tal  d ata - d r iv en   b en ch m ar k ,   t h e  R F   r eg r ess o r   w a s   d ep lo y ed   [ 1 2 ] ,   [ 2 3 ] .   R ath er   th an   r el y in g   o n   s i m p le  lin ea r   s ca l in g ,   th i s   ar ch it ec tu r e  lev er a g es  a n   ag g r e g atio n   o f   u n co u p led   d ec is io n   tr ee s   to   s y s te m atica l l y   r e s o lv e  co m p le x ,   n o n - li n ea r   er r o r   s tr u ctu r es  w it h i n   th e  p r ec ip itatio n   f ield s .   A   r a n d o m ized   s ea r c h   cr o s s - v a lid atio n   p r o to co l  w as  d ep lo y e d   to   tu n e  t h e  R F  al g o r it h m   a n d   b alan c e  th e  b ias - v ar ia n ce   tr ad e - o f f .   W ith i n   th e  o p ti m izatio n   s p ac e,   th e  n u m b er   o f   d ec is io n   tr ee s   s p an n ed   f r o m   1 0 0   to   5 0 0 ,   an d   m ax i m u m   s tr u ct u r al   d ep th s   w er e  te s ted   ac r o s s   v a lu es   o f   1 0 ,   2 0 ,   3 0 ,   4 0 ,   an d   5 0 ,   in   ad d itio n   to   a n   u n co n s tr ai n ed   b aselin e.   Feat u r e  s elec ti o n   cr iter ia  ev alu ated   b o th   au to m a ted   ( ‘ au to ’ )   an d   s q u ar e - r o o t  ( ‘ s q r t ’ )  m o d ali ties .   No d e  s p litt i n g   co m p lex i t y   w a s   ex p lici tl y   g o v er n ed   b y   s etti n g   m in i m u m   in ter n al  s p lit  s a m p le s   to   2 ,   5 ,   an d   1 0 ,   alo n g s id e  ter m in al  lea f   li m i ts   o f   1 ,   2 ,   an d   4 .   T h e  p ar am eter   co m b i n atio n   t h at  m ax i m ized   v alid atio n   ac c u r ac y   w a s   u lt i m atel y   s elec ted   to   tr ain   th e  o p er atio n al  ar ch itect u r e.   W e  also   i m p le m e n ted   XGB o o s t  [ 1 3 ] ,   as  an   al ter n ati v e  tr e e - b ased   al g o r ith m .   Fo llo w i n g   th e  s a m e  r an d o m ized   s ea r ch   p r o ce d u r e  u s ed   f o r   R F,  t h e  X GB o o s t  tu n i n g   g r id   ev al u ated   _      at  1 0 0 ,   2 0 0 ,   an d   3 0 0 ,   an d     _    v alu e s   o f   0 . 0 5 ,   0 . 1 ,   an d   0 . 2 .   T o   co n s tr ain   in d i v id u al  tr ee   co m p lex i t y   an d   p r ev en t  o v er f i tti n g ,    _  ℎ   w a s   s tr ic tl y   li m ited   to   3 ,   5 ,   7 ,   an d   1 0 .   T o   p r ev e n t  o v er f itti n g   a n d   in t r o d u ce   s to ch ast icit y   i n to   th e  tr ai n in g   p r o ce s s ,   d ata  an d   f ea t u r e  s u b s a m p li n g   r atio s   ( s u b s a m p le  a n d      _   )   w er e  test ed   at  0 . 7 ,   0 . 8 ,   an d   1 . 0 .   Up o n   co m p letio n   o f   t h e  ev alu a tio n   p h a s e,   th e  h i g h e s t - p er f o r m in g   p ar a m eter   s et  w a s   s elec ted   f o r   th e  f in a l p r ed ictiv e  s i m u latio n s .   Af ter   d escr ib i n g   ML - b ased   m eth o d s ,   th e   n e x t  s tep   is   s tat is ti ca l  m et h o d s .   I n   th i s   s tu d y   t h e   s tati s tical   m et h o d s   in cl u d e  p ar a m etr ic   an d   n o n - p ar a m etr ic  tec h n i q u es:  L S   f o r   m ea n   ad j u s t m en t,  QM   f o r   d at a  d is tr ib u tio n   co r r ec tio n ,   t h e  c o m b i n atio n   o f   L SEQM ,   a n d   an   M L R   m et h o d   th at  i n co r p o r ates  g eo g r ap h ical   f ac to r s   i n to   th e  co r r ec tio n   m o d el.   O n   t h e  s tatis t ical  s id e,   o u r   m ain   b aseli n e  m e t h o d   is   L S.  T h is   s tr aig h t f o r w ar d   tech n iq u e  ad j u s t s   th e  m o d el  d ata  b ased   o n   th e  d if f er en ce s   i n   m o n th l y   av er ag es  b et w ee n   th e   f o r ec asts   a n d   ac tu al  o b s er v atio n s .   T h e  L S  m et h o d   ad j u s ts   d ail y   s i m u lated   r ain f a ll  b y   ap p l y in g   a   m u ltip licati v e  s ca li n g   f ac to r ,   d er iv ed   f r o m   th e  r atio   o f   o b s e r v ed   to   m o d eled   lo n g - ter m   m ea n s .   A lt h o u g h   th i s   ap p r o ac h   ef f ec ti v el y   co r r ec ts   th e  m ea n   b ias  ( MB )   at  a   m o n t h l y   s ca le,   its   ass u m p t io n   o f   a  co n s tan t  m u ltip licati v e  er r o r   li m its   its   ab ilit y   to   ad j u s t  th e  v ar ian ce   o r   c o r r ec t   ex tr e m e  p r ec ip itatio n   m ag n it u d es.  T h e   m at h e m a tical  f o r m u latio n   u s e d   to   s h if t t h e  m o d el ’ s   m ea n   is   d ef in ed   as  ( 1 )   [ 2 4 ] :     ∗ = × ( (  , ) ( , ) )     ( 1 )     w h er e  ∗   r ep r esen ts   th e  co r r ec ted   d aily   r ain f all  an d     d en o tes  th e  r a w   m o d el  o u tp u t.  T h e  v ar iab les   (  , )   an d   (  , )   in d icate   th e  lo n g - ter m   m o n th l y   m ea n s   o f   t h e  o b s er v ed   an d   s i m u lated   d ata,   r esp ec tiv el y .   A d d r ess i n g   th e  f ir s t - m o m e n t   co n s tr ain ts   o f   lin ea r   s ca li n g ,   QM   r ec alib r ates  th e  en tire   em p ir ical   f r eq u en c y   d is tr ib u tio n   o f   th e  p r ec ip itatio n   d ataset  r ath er   th an   r estrict i n g   ad j u s t m e n ts   to   th e  m ea n .   Me ch an icall y ,   t h i s   m et h o d o lo g y   estab li s h e s   a  n o n - li n ea r   tr an s f er   f u n ctio n   th a t  alig n s   t h e  cu m u lati v e   d is tr ib u tio n   f u n ctio n   ( C DF)   o f   th e  s i m u lated   o u tp u ts   w it h   th at  o f   t h e  h is to r ical  b asel in e,   tr an s lat in g   th e   s i m u lated   p r o b ab ili t y   d en s it y   d ir ec tl y   i n to   t h e  o b s er v ed   s a m p le  s p ac e.   T h is   d ir ec t  m ap p in g   m a k es  it   a  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         A   co mp a r a tive  a s s ess men t o f m a ch in e  lea r n in g ,   s ta tis tica l,  a n d   h y b r id   a p p r o a ch es  … ( A r if Ma ’ r u fi )   1615   p o w er f u l  to o l  f o r   ad j u s tin g   th e  o cc u r r en ce   o f   r ain y   d ay s   as  w ell  as  t h o s e  tr ick y ,   in te n s e  p r ec ip itatio n   s p ik es .   T h e  C DF - m atc h i n g   p r o ce s s   i s   ( 2 )   [ 2 6 ] :     ∗ =  − 1 (  ( ) )     ( 2 )     w h er e     is   th e  C DF  o f   th e  m o d el  d ata,    − 1   is   th e  in v er s e  C DF   o f   th e  o b s er v atio n   d ata,   an d     is   th e   r ain f al l v al u e  to   b e  co r r ec ted .   T h is   r esear ch   e m p lo y s   a  co m b in at io n   o f   L SEQM   m e th o d o lo g y .   T h is   in te g r ated   ap p r o ac h   is   i m p le m en ted   i n   t w o   s eq u e n tia l  s tag e s .   I n   th e  i n itial  s tag e,   a  L S  o p er ato r   is   en f o r ce d   to   r ec tify   s y s te m ic  m ea n  an o m alie s   an d   p r eser v e  m o n t h l y   v o lu m etr ic  m as s - b alan ce   i n teg r i t y .   T h e  in ter m ed iate  s ca led   o u tp u ts   ar e  th e n   s u b j ec ted   to   em p ir ical  QM   to   r ef in e  th e  s u b - m o n t h l y   f r e q u en c y   d i s tr ib u tio n .   T h is   ca s ca d in g   i n teg r atio n   s i m u lta n eo u s l y   co u n ter ac t s   cu m u lat iv e  v o lu m e tr ic  d is to r ti o n s   w h i le  r ec o n s tr u ct in g   th e   h ig h er - o r d er   d ail y   p r ec ip itatio n   v ar iab ilit y   t h at  s tan d alo n e  ap p r o ac h es  t y p ica ll y   f ai l  to   r eso lv e.   C o n s eq u en tl y ,   t h e  co u p led   alg o r ith m ic  e x ec u t io n   g o v er n i n g   t h i s   t w o - s tep   p r o ce d u r e  is   ( 3 )   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] :      ∗ = ( × (  ) ( ) )     ( 3 )     w h er e  M   d en o tes th e  e m p ir ical  QM   ap p lied   to   th e  lin ea r l y   s ca led   o u tp u t.   T o   ex p licitl y   m o d el  s p atial  h eter o g en eit y   a n d   elev atio n - d ep en d en t  v ar ia n ce ,   a  m u lt iv ar i ate  ML R   f o r m u latio n   s er v e s   as  th e  b ase lin e.   U n li k e  it s   u n i v ar iate  co u n ter p ar ts ,   th e  M L R   f r a m e w o r k   i n g e s ts   g eo g r ap h ic   co o r d in ates  co n cu r r en tl y   w it h   ter r ain   elev a tio n   to   f u n c tio n   as  in d ep en d e n t  p r ed icto r s .   T h is   co n f i g u r at io n   o p er ates  o n   th e  u n d er s ta n d in g   t h at  s y s te m ic  p r ec ip itatio n   an o m alie s   ar e  h ea v il y   m o d u lated   b y   lo ca lized   o r o g r ap h ic  f ea tu r e s   an d   g eo m etr ic  p o s itio n i n g   ac r o s s   t h e  ca tch m e n t.   B y   ac co u n ti n g   f o r   th ese  s p atia l  g r ad ien ts ,   th e  M L R   al g o r ith m   esti m ates  t h e  co   r r ec ted   r ain f all  th r o u g h   a  li n ea r   co m b in a ti o n   o f   t h e  m o d eled   d ata  an d   th e  s p atial  v ar iab les,  f o r m u lated   as   ( 4 )   [ 2 1 ] :     ∗ = 0 + 1 + 2 ( L o n ) + 3 ( L at ) + 4 ( MD P L ) + ϵ   ( 4 )       w h er e    r ep r esen ts   th e  r a w   m o d el  r ain f all  a n d   0   is   th e  i n ter ce p t.  T h e  p ar am eter s   1   th r o u g h   4   d en o te  th e   r eg r ess io n   co ef f icien ts   f o r   ea ch   p r ed icto r ,   an d     ac co u n t s   f o r   t h e  r esid u al  er r o r   ter m .   W h ile  ML   al g o r ith m s   ( R F  a n d   XGB o o s t)   ef f ec tiv e l y   r ed u c e  p r ed ictio n   v ar ian ce   th r o u g h   n o n - li n ea r   f ea t u r e  ex tr ac tio n ,   e m p ir ical  s tatis tical  m et h o d s   li k e  QM   ar e  f u n d a m en ta ll y   b etter   s u ited   f o r   r ec o n s tr u ct in g   h is to r ical  d is tr ib u tio n   cu r v es.   Ho w e v er ,   r el y i n g   o n   eit h er   ap p r o ac h   in   is o latio n   e x p o s es   in h er en t  s tr u ct u r al   li m ita tio n s .   ML - b ased   tech n iq u es  m a y   s o m eti m es  p r o d u ce   u n d er - d is p er s i v e  f o r ec as ts ,   lead in g   to   an   u n d er esti m at io n   o f   ex tr e m e  ev en t s ,   w h ile  q u an ti tati v e  m o d els  g en er all y   o v er lo o k   in t er ac tio n s   b et w ee n   m eteo r o lo g ical  v ar iab le s .   T h is   s t u d y   f o r m u lates  a  m u lti - s tag e  h y b r id   m et h o d o lo g y   ai m e d   at  in teg r ati n g   t h e   ad v an ta g es  o f   b o th   ar ea s .   H y b r id   m et h o d s   w er e  d e v elo p ed   b y   ap p l y i n g   QM   a s   a  p o s t - p r o ce s s in g   s tep   to   t h e  r ain f al l  o u tp u ts   g e n er ated   b y   t h e  ML - b ased   m o d el s .   I n   th i s   f r a m e w o r k ,   R F  a n d   XGB o o s t  w er e  f ir s t   tr ai n ed   to   p r ed ict  r ain f all  b a s ed   o n   E C M W F  in p u ts ,   a f ter   w h ic h   QM   was  ap p lied   to   th e  m o d el  o u tp u t s   to   f u r t h er   co r r ec t   d is tr ib u tio n al  b ia s es.   T h e  f ir s t  h y b r id   co n f i g u r atio n ,   R FQM,   s eq u e n tial l y   co u p les  th e  n o n - li n ea r   f lex ib il it y   o f   R F  w it h   t h e   s tatis t ical  p r ec is io n   o f   QM .   T h e  in i tial  p h ase  tr ai n s   t h e  R F   m o d el  u s i n g   p r ed icto r   v ar iab les  ( m o d el  r ain f all   an d   ti m e   in d ice s )   to   g e n er ate  p r eli m in ar y   f o r ec asts   m i n i m iz in g   th e  r o o t  m ea n   s q u ar e  er r o r   ( R MSE ) .   B ec au s e   R F  f o r ec asts ,   w h ile  r eliab le,   ten d   to   d i m i n is h   ex tr e m e  v al u es  v ia  en s e m b le  a v er ag in g ,   th e  s ec o n d   p h a s e   ap p lies   QM   to   th e  R F  o u tp u t s .   T o   f o r ce   th e  r esid u als  to   f o ll o w   t h e  o b s er v ed   C DF  a n d   r es to r e  ex tr e m e  e v en t  v ar ian ce ,   t h is   h y b r id   f o r m u la ti o n   p ass es t h e  R F p r ed ictio n s   t h r o u g h   a  QM   tr an s f o r m atio n   [ 2 0 ] ,   [ 2 7 ] :      ∗ =  − 1 (  (  ̂ ) )     ( 5 )     w h er e   ̂   is   th e  r ai n f all  p r ed icti o n   o u tp u t   f r o m   th e   R F   m o d el,      is   t h e  C DF  o f   th e s e  R F  p r ed ictio n s ,   a n d    − 1   is   th e  i n v er s e  C DF  o f   t h e   o b s er v atio n   d ata.   C o n s eq u e n tl y ,   R F QM   r ec tifie s   b o th   s tr u ct u r al  an d   d is tr ib u tio n al  b ia s es c o n c u r r en tl y .   Fo llo w i n g   th e  s a m e  lo g ic  a s   R FQM,   o u r   s ec o n d   h y b r id   m o d el,   XGB o o s tQM,   r elies  o n   X GB o o s t   as   its   co r e  en g i n e.   W e  s p ec if icall y   c h o s e  XGB o o s t  b ec au s e  its   b o o s tin g   m ec h a n is m   e x ce ls   at   d r iv in g   d o w n   b ias   b y   f ix i n g   p r ev io u s   er r o r s   s te p - by - s tep .   W h i le  t h is   alg o r it h m   d o es  a   g r ea t  j o b   at  ca tch i n g   m ea n   tr en d s ,   i ts   r esid u al  f o r ec ast s   o f ten   s tr u g g le  at  th e  ex tr e m e  tail s — m ea n i n g   it  ca n   m is s   th e   m ar k   d u r i n g   in ten s e  s to r m s .   T o   f i x   th i s ,   w e  ap p l y   QM   to   th e  XGB o o s t  o u tp u t,  f o r cin g   th e  p r ed icted   s tatis tics   to   m atch   t h e  ac tu al  o b s er v ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 1 1 - 1631   1616   p r o f ile.   T o   en s u r e  ch r o n o lo g i ca l  ac cu r ac y   an d   s tatis t ical  v alid it y   in   t h e  co r r ec ted   s er ies,  th e  f o llo w i n g   (6 )   d ef in e s   th e  d is tr ib u tio n a l a d j u s t m e n t  [ 1 3 ] ,   [ 2 8 ] :      ∗ =  − 1 (  (  ̂ ) )     ( 6 )     w h er e   ̂   r ep r esen ts   t h e  p r ed icted   r ain f all   f r o m   XGB o o s t,  an d   th e  co m p o s i te  m ap p in g   f u n cti o n    − 1 ∘    r ec alib r ates th ese  v alu e s   to   ali g n   w i th   t h e  e m p ir ica l d is tr ib u t io n   o f   g r o u n d - b a s ed   o b s er v ati o n s .   T o   v alid ate  th e  p er f o r m an c e  o f   th e  p o s t - p r o ce s s ed   d atasets ,   th is   s t u d y   d ep lo y s   a   b if u r ca ted   ev alu a tio n   p r o to co l  tar g etin g   b o th   th e  s tat is tical  p r o p er ties   an d   p h y s ical  attr ib u tes  o f   t h e  p r ec ip itatio n   f ield s .   W ith in   th is   f r a m e w o r k ,   th e   s tatis t ical  tier   s y s te m atica ll y   q u an ti f ie s   te m p o r al  co - v ar ia n ce   an d   n u m er ical   f id elit y .   C o n c u r r en t l y ,   t h e  p h y s ical  v alid atio n   e v al u ates   h o w   w ell  t h e  m o d el s   ca p tu r e  lo ca l  cli m a tic   f r eq u en c ies a n d   ex tr e m e  d i s tr i b u tio n   p r o f iles .   T o   ev alu ate  th e  t e m p o r al  s tab ilit y   o f   t h e  b ias  co r r ec tio n   m o d els,  a  L OYO  cr o s s - v alid atio n   f r a m e w o r k   w as  i m p le m en ted .   T h is   iter ativ e  p r o ce d u r e  s y s t e m atica ll y   tr ai n s   t h e  al g o r ith m s   o n   all  h is to r ical   d ata  w h ile  w ith h o ld in g   a  s i n g le,   in d ep en d en t  y ea r   f o r   v al id atio n ,   r ep ea tin g   t h e  s eq u e n ce   ac r o s s   ea ch   y ea r   o f   th e  d ataset  to   en s u r e  r o b u s t  g e n er aliza tio n .   T h is   allo w s   u s   to   s q u ee ze   e v er y   d r o p   o f   u ti lit y   o u t  o f   t h e  d ata — a  m u s t - h av e  i n   h y d r o lo g y ,   w h er e  lo n g - ter m   r ec o r d s   ar e  n o to r io u s l y   s ca r ce   [ 2 9 ] .   Mo r e  im p o r tan tl y ,   i t  ac ts   as  a   p r o x y   f o r   r ea l - ti m e  o p er atio n al  f o r ec asti n g .   E v al u ati n g   t h e   alg o r ith m s   a g ain s t  i n d ep en d en t,  o u t - of - s a m p le   y ea r s   en s u r e s   th at  te m p o r al  d ep en d en ce   b ias is   e f f ec tiv e l y   m itig ated   [ 3 0 ] .     2 . 1 .     St a t is t ica l  perf o r m a nce  a nd   ev a lua t io n  m et rics   Fra m e w o r k   e f f icac y   i s   ev a lu a ted   u s i n g   a  co m p le m e n tar y   m ix   o f   s tat is tical   an d   p h y s ical  m etr ics.  T o   en s u r e  th i s   ev al u atio n   f r a m e w o r k   i s   ac ce s s ib le  to   a  cr o s s - d is c ip lin ar y   a u d ien ce ,   i n cl u d in g   r esear ch er s   in   co n tr o l  en g i n ee r i n g   a n d   tele m etr y ,   t h e  p h y s ical  a n d   o p er atio n al  m ea n i n g s   o f   ea c h   m etr ic  ar e  ex p licitl y   in te g r ated .   C h r o n o lo g ical  ali g n m e n t,  v ar ia n ce ,   an d   s y s te m atic  er r o r s   ar e  q u an ti f ied   v ia  MB ,   Klin g - G u p ta   e f f icien c y   ( KGE ) ,   an d   R MS E   [ 3 1 ] ,   th e  latter   lev er ag ed   f o r   its   q u ad r atic  s en s iti v it y   t o   lar g e  co n v ec ti v e   d ev iatio n s .   T o   v alid ate  u p p er - tail  ex tr e m e s ,   th ese  cr iter ia  ar e  co u p led   w it h   p h y s ical  d escr ip to r s ,   n a m el y   w et - d ay   f r eq u e n c y   ( W DF)   an d   R x 1 d a y .   Op er atin g   i n   ta n d e m ,   th i s   co n f i g u r atio n   en s u r es  a   r o b u s t  d iag n o s tic   b aselin e  cr itical  f o r   o p er atio n al  tr o p i ca l f lo o d   f o r ec asti n g .     2 . 1 . 1 .   R M SE   T h e  ag g r eg a te  s ca le  o f   r esid u als  b et w ee n   m o d el  esti m ate s   an d   f ield   o b s er v at io n s   is   q u a n ti f ied   v i a   th e  R M SE,   w h ic h   is   m at h e m at icall y   e x p r ess ed   as:       = √ 1 ∑ ( − ) 2 = 1     ( 7 )     w h er e    r ep r esen ts   th e  m o d eled   r ain f all,     d en o tes  th e  o b s er v ed   r ain f all  at  ti m e  s tep   ,   an d     is   th e  to tal  n u m b er   o f   o b s er v atio n s .   T h e  q u ad r atic  p en aliza tio n   i n h er en t  i n   er r o r   co m p u tatio n   r e n d er s   R MSE   e x ce p tio n al l y   r esp o n s i v e  to   ex tr e m e  v a lu e  s p i k es.  Fro m   a   s ig n al  p r o ce s s i n g   p er s p ec tiv e,   R MSE   f u n ct io n s   as  a  p r i m ar y   i n d icato r   o f   o v er all  f o r ec ast  v ar ia n ce   an d   u n d er l y i n g   s i g n a l  n o is e.   W i th i n   tr o p ical  ca tch m e n ts ,   t h is   s en s i tiv it y   p r o v es   h ig h l y   ad v an ta g eo u s ;  m i n i m i zin g   R M SE  g u ar a n tees   th at   t h e  m o d el  r el iab l y   r ep l icate s   in te n s e  co n v ec t iv e   clo u d b u r s ts   e s tab lis h i n g   an   i n d is p en s ab le  p ar a m eter   f o r   o p er atio n al  f lo o d   f o r ec asti n g   an d   d is aster   r i s k   r ed u ctio n .     2 . 1 . 2 .   K G E   Si m u lta n eo u s   ass e s s m e n t  o f   p h ase  ali g n m e n t,  d is p er s io n   f id elit y ,   an d   m ea n   m as s - b ala n ce   is   s ec u r e d   b y   ad o p tin g   th e  K GE   as  th e  p r in cip al  ag g r eg ate  m etr ic.   Fo r   co n tr o l  en g i n ee r in g   ap p licati o n s ,   KGE   ac ts   as  a   co m p o s i te  p er f o r m a n ce   i n d ex   th at  b ala n ce s   ti m in g   ac c u r ac y ,   s i g n al   a m p li tu d e  f id elit y ,   a n d   te m p o r al  s tab ili t y .   T h e  KGE   f r a m e w o r k   i s   ( 8) :      = 1 − √ ( − 1 ) 2 + ( − 1 ) 2 + ( − 1 ) 2     ( 8 )     w h er e    d en o tes  t h e  P ea r s o n   c o r r elatio n   co ef f icien t  b et w ee n   th e  s i m u lated   an d   o b s er v ed   s er ies,    r ep r esen t s   th e  v ar iab ilit y   r atio   ( t h e  r atio   o f   m o d eled   to   o b s er v ed   s tan d ar d   d ev iatio n s ) ,   an d     is   th e  v o lu m etr ic  b ias  r atio   d ef in ed   b y   t h e  r atio   o f   th eir   r e s p ec tiv e  m ea n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         A   co mp a r a tive  a s s ess men t o f m a ch in e  lea r n in g ,   s ta tis tica l,  a n d   h y b r id   a p p r o a ch es  … ( A r if Ma ’ r u fi )   1617   Un li k e  tr ad itio n al  r e s id u al  m etr ics,  KGE   p r ev en ts   t h e  ar ti f icial  in f lat io n   o f   p er f o r m an ce   s co r es  b y   is o latin g   p h ase  s h if ts ,   a m p lit u d e  er r o r s ,   an d   v o l u m e  b iase s .   A s   th e   KGE   m etr ic  co n v er g es  to w ar d   u n it y ,   it   d em o n s tr ate s   en h an ce d   m o d el  ca p ac ity   to   r ep r o d u ce   co n cu r r en t  s ea s o n al  cli m ate  c y cles  an d   th e  h i g h - f r eq u en c y   v ar iab ilit y   i n h er en t  in   tr o p ical  co n v ec ti v e  p r ec ip itatio n   r eg i m es.     2 . 1 . 3 .   MB   T h e  p r o p en s it y   o f   t h e  f r a m e wo r k   to   in tr o d u ce   d ir ec tio n al  o v er esti m atio n   o r   u n d er esti m a t io n   ac r o s s   th e  p r ec ip itatio n   f ield s   is   q u a n tif ied   v ia  th e  MB ,   w h ic h   is   m a th e m atica ll y   s tr u ct u r ed   as:      = 1 ∑ ( − ) = 1     ( 9 )     w h er e    r ep r esen ts   th e  m o d eled   p r ec ip itatio n ,     d en o tes  th e  o b s er v ed   r ain f all,   an d     in d icate s   th e  to tal  n u m b er   o f   ev al u atio n   d a y s .   I n   o p er atio n al  telem etr y   a n d   r eser v o ir   m a n a g e m en t,  th is   m etr ic  is   v ital  to   d eter m in e  w h et h er   th e   p r ed ictiv e  m o d el  co n s i s ten tl y   in j ec ts   f al s e  w ater   v o l u m es   in to   th e  s y s te m   o r   m is s es  a ctu al  w ater   i n p u t s .   R ec ti f y i n g   th e s e  lo n g - ter m   s y s te m atic  b iase s   d ir ec tl y   p r ev en t s   d is to r tio n s   in   t h e  b asin ’ s   v o lu m etr ic  w ate r   b u d g et.   I n   th e  co n te x t  o f   t r o p ical  w ater s h ed s   s u c h   as   th e  B atan g h ar i,  a  p o s itiv e   MB   in ad v er ten tl y   co m p r o m is es  f lo o d   f o r ec asti n g   ef f icie n c y   b y   ele v ati n g   f a l s e  alar m s ,   w h er ea s   a  n e g ati v e  b ias  d o w n s ca les   ex tr e m e  p r ec ip itatio n   i n te n s i ties   to   th e  p o in t  o f   o b s c u r in g   cr it ical  d is aster   t h r es h o ld s .   C o n s eq u e n tl y ,   s u p p r ess i n g   th e  MB   v alu e  s er v es  as  a  cr u cial  ca lib r atio n   b en ch m ar k   f o r   ali g n i n g   d o w n s tr ea m   h y d r o lo g ical   in p u t s   w it h   e m p ir ical  f ield   o b s er v atio n s .     2 . 2 .     Ver if ica t io n o f   ph y s ica l  dis t rib utio n   W DF :   t h i s   d iag n o s tic  is   es s e n tial  f o r   id en tify i n g   t h e  w id el y   d o cu m e n ted   ‘ d r izzle   e f f e ct ’ ,   w h ic h   r ep r esen ts   a  s y s te m ic  m o d eli n g   ar ti f ac t  w h er e  s i m u latio n   f r a m e w o r k s   co n s is te n tl y   o v er r ep o r t  h ig h   f r eq u en c y   an d   tr ac e  lev el  p r ec ip itatio n   e v en t s .   B y   e n f o r ci n g   a  s ta n d a r d   o p er atio n al  th r esh o ld   o f   1 . 0   m m   to   d ef i n e  a  w e t   d ay ,   th e  a n al y s i s   s y s te m atica ll y   f ilter s   o u t  s p u r io u s   r ain f al l  t r ac es  to   p r eser v e  s tr ic t  m eteo r o lo g ical  r elev a n ce .   A cc u r atel y   r ep licati n g   th i s   f r e q u en c y   i s   an   ab s o lu te   p r er eq u is ite  f o r   en s u r i n g   t h e  f id elit y   o f   m u lt id is cip li n ar y   d o w n s tr ea m   ap p licatio n s ,   i n cl u d in g   a g r o m eteo r o lo g ical  p la n n i n g   a n d   d r o u g h t  r is k   as s ess m en t.  T o   q u an tify   th e  p r o p o r tio n   o f   t h ese  m eteo r o lo g icall y   s i g n if ican t   d a y s   ac r o s s   t h e  e v alu at io n   t i m e f r a m e,   W DF is  f o r m al ized   v ia  th e  f o llo w i n g   r e latio n s h ip :     = 1 ∑ ( ≥ 1 . 0   mm ) = 1     ( 1 0 )     w h er e  ( ⋅ )   d en o tes  th e  b in ar y   in d icato r   f u n ctio n   th at  y ield s   1   if   th e  w et - d a y   co n d itio n   is   s atis f ied ,   an d   0   o th er w is e.   T h e  an n u al  m a x i m u m   o n e  d ay   p r ec ip itatio n   ( R x 1 d a y ) :  t h is   m etr ic  is o late   ex tr e m e  u p p er   tail   an o m alie s   to   ass es s   h o w   w ell   th e  m o d el  r ep r o d u ce s   h ig h   m ag n it u d e  an d   r ar e  s to r m   ev en ts   o v er   an   a n n u a l   c y cle.   T h e  ev al u atio n   f o cu s es  o n   co m p ar in g   t h e  p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   o f   t h ese  a n n u al  p e ak   v a lu e s   b et w ee n   th e  s i m u lated   o u tp u t s   an d   e m p ir ical  o b s er v atio n s .   E n g in ee r s   an d   s y s te m   o p er ato r s   in ter p r et  th is   m etr ic  as  th e   ca p ac it y   o f   th e   p r ed ictiv e  m o d el  to   ac cu r atel y   ca p tu r e  s ev e r e  s u d d en   i m p u ls e  in p u ts   a n d   p ea k   s y s te m   s tr es s   lev els.   P r ec is io n   i n   t h is   m etr ic   d ir ec tl y   i n f lu e n ce s   f lo o d   r is k   m an a g e m e n t  a n d   th e   en g i n ee r in g   d esi g n   o f   ci v il   in f r astru ct u r e  s u ch   as  h y d r au li c  s tr u ctu r e s .   T o   ca p tu r e  th is   ex tr e m e  i n d ex ,   th e  f r a m e w o r k   i s o lates  th e  ab s o lu t e   h ig h e s t  d ail y   p r ec ip itatio n   ac cu m u lat io n   w i th i n   ea c h   d is t in ct  y ea r   ac co r d in g   to   th e   f o llo w i n g   m ath e m at ical   r elatio n s h ip :      1  = ma x ( , )     ( 1 1 )     w h er e   ( , )   r ep r esen ts   t h e  o p er atio n   th a t  ex tr ac t s   th e  s in g le  h i g h est  d ail y   r ai n f al l  v al u e  ( , )   o u t  o f   all   d ay s   ( )   w it h i n   a  s p ec i f ic  y ea r   ( ).   T o   ac cu r ately   p r eser v e  t h e  m a g n i tu d e  o f   e x tr e m e  ev e n t s   an d   av o id   th e  s m o o th i n g   ef f ec t  o f   en s e m b le  av er ag i n g ,   th e  R x 1 d a y   m etr i c  f o r   th e  E C MW F  f o r ec asts   w as  co m p u ted   b y   f ir s t  id e n ti f y in g   t h e  an n u a l   m ax i m u m   d ail y   r ai n f a ll  f o r   ea ch   o f   th e  5 1   in d i v id u al  e n s e m b le  m e m b er s .   Fo llo w i n g   th is   e x tr ac tio n ,   t h e  en s e m b le  m ea n   o f   th e s e  5 1   m ax i m u m   v al u es  w as  ca lc u la ted   to   r ep r esen t  t h e  f in a l  m o d el  R x 1 d a y .   Fi g u r e  2   d elin ea tes  t h e  e n tire   m et h o d o lo g ical  ar ch i tectu r e  o f   th is   r es ea r ch ,   tr ac k i n g   th e  o p er atio n a l  p r o g r ess io n   f r o m   in itial  d ata  p r ep r o ce s s in g   t h r o u g h   th e  d ep lo y m e n t  o f   t h e  th r ee   b ias  co r r ec tio n   p ath w a y s   to   t h e  f i n al  d u al   v alid atio n   s tag e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 1 1 - 1631   1618       Fig u r e  2 .   Me th o d o lo g ical  f lo wch ar t o f   th e  b ia s   co r r ec tio n   an d   ev alu atio n   f r a m e w o r k       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Cha ra c t er iza t io n o f   o bs er v a t io na l a nd   ra w   E C M WF   da t a   T h e  in itial  p h a s e  o f   t h is   a s s es s m e n t  e x a m in e s   h o w   e f f ec ti v el y   t h e  s i m u latio n   f r a m e w o r k   r ep licates  s ea s o n al  r ain f all  cli m ato lo g y .   Fig u r e  3   in d icate s   th at  th e  r aw   E C MW F  o u tp u t s   g e n er all y   m ir r o r   th e  s ea s o n al  m ac r o c y cles  o f   th e  B atan g h ar i  r iv er   b asin   b y   id en ti f y i n g   s h i f ti n g   w et  an d   d r y   p er io d s .   Nev er th eless ,   s u b s ta n tial  m o n t h l y   d i s cr ep an cies  p er s is t,  d e m o n s tr ati n g   th at  th e  ca p ac it y   to   r eso lv e  lo ca lized   r ain f all  r e m ain s   li m ited   d esp ite  th e   s u cc es s f u l  id e n ti f icatio n   o f   o v er ar ch in g   w ea t h er   p atter n s .   T h is   s y s te m ic   b o ttlen ec k   al ig n s   w it h   r eg io n al  f i n d in g s   [ 3 2 ] ,   w h o   id e n ti f i ed   s i m i lar   p er f o r m an ce   d eg r ad atio n   in   tr o p ical   r ea n al y s is   p r o d u cts.  Su c h   v a r iatio n s   i n   v o lu m e  s u g g est  t h at  t h e  co n v ec ti v e  p ar a m eter izatio n   ar ch itectu r e   r eq u ir es  m o d i f icatio n   to   ac co m m o d ate  t h e  co m p lex   lo ca liz ed   to p o g r ap h y   g o v er n i n g   th e   B atan g h ar i  r eg io n .   T h e  am p li tu d e  er r o r s ,   ev e n   w it h   ac c u r ate  p h a s e  ti m i n g ,   co r r esp o n d   to   th e  tech n ical   co n s tr ai n ts   o f   th e   E C MW F s y s te m   as id e n ti f ied   b y   [ 3 3 ] .           Fig u r e  3 .  C o m p ar is o n   o f   m o n t h l y   a v er ag e  r ai n f all  b et w ee n   o b s er v atio n s   an d   E C MW F  r aw   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         A   co mp a r a tive  a s s ess men t o f m a ch in e  lea r n in g ,   s ta tis tica l,  a n d   h y b r id   a p p r o a ch es  … ( A r if Ma ’ r u fi )   1619   W h ile  r a w   E C MW F  te n d s   to   u n d er esti m ate  h i g h - in te n s it y   r ain f all  ev e n t s   ( ex tr e m e s ) ,   it  ex h ib its   a   s y s te m a tic  w et   b ias  i n   ter m s   o f   to tal  ac c u m u la ted   r ain f all.   T h is   co n tr ad ictio n   is   lar g el y   a  b y p r o d u ct  o f   t h e   ‘ d r izzle   ef f ec t ’ ,   w h er e  th e  m o d el  f r eq u e n tl y   o v er p r ed icts   lo w - i n te n s it y   r ain f al l  co m p ar ed   to   g r o u n d   o b s er v atio n s .   T ab le  2   an d   Fig u r e s   4 ( a)   an d   ( b )   h ig h li g h t  th e s e  s u b s ta n tial  s tatis t ical  d if f er en ce s .   A lt h o u g h   t h e   m ea n   d ail y   p r ec ip itatio n   m a g n it u d es  ar e  co m p ar ab le  ( 7 . 6   v s .   8 . 1   m m /d a y ) ,   t h e  u n co r r ec t ed   m o d el  in tr o d u ce s   s ev er e  s y s te m atic  d is to r tio n s .   T h is   ‘ d r izzle   b ias ’   is   e v id en ce d   b y   a  h i g h l y   ele v ated   m e d ian   ( +5 . 1   m m /d a y   b ias)  an d   a  s u b s ta n tial  o v er est i m atio n   o f   w et - d a y   f r eq u e n c y ,   w h ic h   r ea ch es  8 1 . 5 %  co m p ar ed   to   th e  o b s er v ed   b aselin e  o f   4 3 . 4 %  ( Fig u r e  4 ( b ) ) .   T h is   v er if ies  t h at  th e  m o d el  f r eq u en tl y   s i m u la tes  s u s tain e d   li g h t  r ai n f a ll  d u e   to   its   co ar s e  s p atial  r eso lu tio n ,   a  f ea tu r e  alr ea d y   r ec o r d ed   in   g lo b al  r ea n al y s i s   s t u d ies  [ 3 1 ] - [ 3 3 ] .   T h is   s itu atio n   o cc u r s   p h y s ical l y   a s   t h e  m o d el  d is p er s es  m o is t u r e  t h r o u g h o u t  a n   ex ten s i v e  g r id   ce ll   in s te ad   o f   co n ce n tr atin g   it in to   v io le n t,  lo ca lized   s to r m s .   Fu r t h er m o r e,   th e  r a w   d atase t  d is p la y s   s ig n i f ica n t  u n d er d is p er s io n   h i g h li g h ted   b y   a   tr u n ca ted   s tan d ar d   d ev iatio n   o f   1 0 . 6   v er s u s   1 5 . 2   m m   p er   d ay ,   v alid ati n g   ea r lier   o b s er v atio n s   [ 3 3 ] .  T h is   d a m p en i n g   o f   n atu r al  v ar iab ilit y   d ir ec tl y   d eg r ad es  h o w   e f f ec tiv e l y   t h e  s y s t e m   ca p tu r es  e x tr e m e  e v en ts ,   c au s i n g   th e  a v er ag e   an n u al  m a x i m u m   r ain f all  to   b e  s ev er el y   u n d er esti m ated   w it h   a  s y s te m atic  n e g ati v e  b ias  o f   1 5 . 6   m m   p er   d a y   ac co r d in g   to   Fig u r e  4 ( a ) .   T h is   u n d er esti m at io n   p o s es   a  s ig n if ican t  r i s k   f o r   h y d r o lo g ical  m o d elin g ,   c o r r o b o r atin g   th e  f i n d in g s   o f   [ 2 5 ]   ab o u t th e  ef f ec ti v e n es s   o f   cli m ate  m o d els in   tr o p ical  en v ir o n m e n ts .       T ab le  2 .   A   co m p ar is o n   o f   b asi c  s tatis tic s   b et w ee n   o b s er v a tio n s   a n d   E C MW F  r a w   P a r a me t e r   O b se r v a t i o n   ( m m/ d a y )   E C M W F   r a w   ( mm / d a y )   B i a s   ( mm / d a y )   M e a n   ( mm / d a y )   7 . 6   8 . 1   0 . 5   M e d i a n   ( mm / d a y )   0 . 3   5 . 4   5 . 1   S t a n d a r d   d e v i a t i o n   1 5 . 2   1 0 . 6   - 4 . 6   A v e r a g e   a n n u a l   m a x   ( R x 1 d a y )   1 0 3 . 0   8 7 . 4   - 1 5 . 6   M i n i m u m   ( mm / d a y )   0 . 0   0 . 0   0 . 0   W e t   d a y s   ( %)   4 3 . 4   8 1 . 5   3 8 . 1           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   C o m p ar ativ e  b o x p lo ts   o f   o b s er v atio n al  an d   E C M W F  r a w   d is tr ib u t io n s : ( a)   an n u al  m a x i m u m   r ain f al l ( R x 1 d a y )   a n d   ( b )   w e t - d ay s   p er ce n tag e  ( %)       3 . 2 .     Co m pa ri s o n o f   a v er a g e  perf o r m a nce  o f   bia s   co rr ec t io n  m et ho d s   T o   s y s te m atica ll y   as s es s   th e  r eliab ilit y   o f   t h e  p r o p o s ed   b i as  co r r ec tio n   m eth o d s ,   a  co m p r eh en s i v e   ev alu a tio n   w as  co n d u cted   u s i n g   a  L OYO   cr o s s - v al id atio n   s ch e m e  ac r o s s   8 6   o b s er v atio n al  s tatio n s   in   t h e   B atan g h ar i  R i v er   B asin .   W e  d esig n ed   th is   b en c h m ar k   to   test   ea ch   m et h o d ’ s   ab ilit y   to   clea n   u p   s tat i s tical   er r o r s   an d   tig h te n   te m p o r al  co r r elatio n s ,   all  w h i le  k ee p i n g   an   e y e  o n   o p er atio n al  f ea s ib il it y .   I n   T ab le  3 ,   w e   s u m m ar ize  th e  p er f o r m an ce   o f   ev er y   ap p r o ac h   r elativ e  to   t h e  r a w   E C MW F  d ata.   T h e  d a ta  h ig h li g h ts   a  clea r   d iv er g e n ce :  w h i le  s o m e  m et h o d s   ex c el  at  s las h i n g   er r o r s   o r   m i m ic k i n g   v ar iab ilit y ,   th e y   o f ten   d i f f er   d r asti ca ll y   i n   th e  co m p u tat io n al  ef f o r t t h e y   r eq u ir e.   T h e  ass ess m e n t  o f   d ail y   an d   m o n t h l y   m ea s u r es  ( T ab le  3 )   in d icate s   clea r   p er f o r m a n ce   tr ad e - o f f s .   W h ile  th e  h y b r id   ML - b ased   ar ch itectu r e s   en co m p a s s i n g   R FQM  a n d   XGB o o s tQM  ac h iev ed   s u cc es s   i n   alig n in g   d ail y   te m p o r al  tr en d s ,   th e y   p ar ad o x icall y   co m p r o m is ed   v o lu m e  p r ec is io n   b y   g en er atin g   R M SE  v alu e s   g r ea ter   t h an   1 8   m m   p er   d ay   alo n g s id e  ele v ated   co m p u tatio n al  co s ts .   T h is   p a r ti cu lar   co n cl u s io n   p er f ec tl y   ill u s tr ate s   th e  ‘ d o u b le  p en alt y ’   p h en o m en o n   ar ticu lated   b y   [ 3 4 ] .   I n   h y d r o m eteo r o lo g ical  ev alu a tio n s ,   th is   p h e n o m en o n   o cc u r s   w h en   a   h i g h - r eso lu tio n   m o d el  ac c u r atel y   p r ed icts   t h e  m ag n it u d e  o f   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 1 1 - 1631   1620   s ev er e  r ain f all  e v e n t  b u t  s lig h tl y   m is p lace s   it  i n   e x ac t  ti m e  o r   lo ca tio n .   C o n s e q u en t ly ,   tr a d i t i o n a l   p o in t - by - p o i n t   m et r i cs   li k e   R M S E   p e n al i z e   th e  m o d el   t w i c e:   o n c e   f o r   a   m i s s e d   ev en t   a t   th e  o b s e r v a tio n   p o in t ,   an d   o n c e   f o r   a   f al s e   a l a r m   w h e r e   th e   r a in   w as   a c tu a lly   p r e d ic t e d .   T h is   d y n am i c   c o r r o b o r a t e s   t h e   o p e r a t i o n a l   im p e d im en t s   o f   u t il i z in g   o v e r ly   s im p l is ti c   ev a l u at i o n   m e t r ic s   f o r   c o m p l ex   ML - b as e d   o u t p u t s ,   a s   i d e n t if i ed   b y   [ 3 5 ] .       T ab le  3 .   C o m p ar is o n   o f   p er f o r m an ce   i n d icato r s   a m o n g   v ar io u s   m et h o d s   M e t h o d s   K G E  d a i l y   K G E  m o n t h l y   MB   ( mm / d a y )   R M S E   ( mm / d a y )   C a l i b r a t i o n   t i me   ( m i n u t e s)   O p r .   t i me   ( s e c o n d )   EC M W F   r aw   - 0 . 1 1 1   0 . 2 4 6   6 . 8 1 7   1 7 . 3 2 3   -   -   RF   - 0 . 2 6 7   0 . 0 3 5   1 . 2 9 0   1 5 . 4 2 3   5 9 . 0 7   3 5 8 . 6 6   X G B o o st   - 0 . 3 3 1   - 0 . 0 6 6   1 . 3 1 5   1 5 . 4 3 0   6 4 . 9 9   1 0 8 7 . 2 8                 LS   - 0 . 2 2 4   0 . 2 6 2   0 . 2 7 5   1 5 . 2 4 1   3 . 9 3   3 . 9 4   QM   - 0 . 1 6 1   0 . 3 4 1   1 . 2 0 8   1 5 . 4 9 8   3 . 3 3   5 . 0 9   L S EQ M   - 0 . 2 2 7   0 . 1 5 5   - 0 . 9 5 2   1 5 . 8 6 5   3 . 4 8   7 . 1 3   M L R   - 0 . 3 0 9   - 0 . 1 8 2   0 . 0 0 0   1 5 . 2 0 3   3 . 8 4   3 . 2 9                 R F Q M   - 0 . 0 7 1   - 0 . 1 1 1   3 . 2 0 6   1 8 . 1 5 8   6 8 . 5 1   3 2 2 . 7 1   X G B o o st Q M   - 0 . 1 0 8   - 0 . 2 0 4   4 . 0 7 1   1 8 . 3 4 8   7 7 . 8 5   7 3 1 . 6 7       I n ter esti n g l y ,   alt h o u g h   s ta n d al o n e  m o d els  lik e  R F  a n d   XGB o o s t   p o s ted   th e  lo w est  R MSE ,   w e  f o u n d   th ese  n u m b er s   to   b e   s o m e w h a t  o f   a  s tatis tical  illu s io n .   T h is   p h en o m e n o n   is   d r iv e n   b y   v ar i an ce   d ef latio n ,   an   o p tim izatio n   c h ar ac ter is tic  wh er e  th e  al g o r ith m s   p r io r itize  co n d itio n al  m ea n   e s ti m atio n   b y   s m o o t h i n g   o u t  n atu r al  d ata  f l u ct u atio n s .   A lt h o u g h   th is   s m o o th in g   m ec h a n i s m   o p ti m izes  o v er ar ch i n g   r es i d u al  er r o r   s co r es,  it   d o es  s o   at   th e  co s t  o f   f ailin g   to   ca p tu r e  h ig h   m ag n it u d e  an d   ex tr e m e  p r ec ip itatio n   ev e n ts .   Dep en d en ce   o n   v ar ian ce   d ef la ted   o u tp u ts   i n tr o d u ce s   p r o f o u n d   o p er a tio n al  r is k s   i n to   civ il  e n g i n e er in g   a n d   d is aster   m an a g e m e n t  ap p licatio n s .   T h is   an o m a l y   ca n   p r o m p t  cr itic al  u n d er esti m atio n s   w it h i n   f l o o d   ea r ly   w ar n in g   f r a m e w o r k s   o r   lead   t o   s tr u ctu r al  d ef icits   in   ag r ic u lt u r al  d r ain ag e  p lan n i n g ,   r ep r esen tin g   a  s y s te m ic  li m i tatio n   h ig h li g h ted   b y   [ 3 6 ] .   I n   co n tr ast,  QM   p r o v ed   to   b e  th e  m o s t  b alan ce d   an d   o p er atio n all y   v iab le  s ta n d alo n e  tech n iq u e  w it h i n   t h is   s t u d y .   T h r o u g h   t h e  co n c u r r en t  r ed u ctio n   o f   v o lu m etr ic  b iase s   a n d   p r eser v atio n   o f   p h y s ical  co n s is te n c y ,   Q M  en s u r es  t h a t  m ea n   w ater   a v ailab il it y   as s es s m e n t s   f o r   ag r o m eteo r o lo g ical  p lan n i n g   r e m ain   r o b u s tl y   v alid ,   ali g n in g   w it h   t h e  co n cl u s io n s   d r a w n   b y   [ 2 6 ] .   T h e  co m p ar ativ e  s tati s tical  p er f o r m a n c e   o f   th e s e  s ta n d alo n e  f r a m e w o r k s   i s   d etailed   in   T ab le  3 .   T h e  in v e s ti g atio n   i n d icate s   th at  al th o u g h   s tati s tical  ap p r o ac h es  ar e  n ea r l y   in s tan tan eo u s ,   t h e   o p er atio n al  r eq u ir em e n ts   o f   h y b r id   m o d els  r e m ai n   f ea s ib le   f o r   r ea l - ti m e  f o r ec asti n g ,   d esp ite  th eir   r ig o r o u s   tr ain i n g   p h ases .   Sh i f t in g   t h e  e v alu a tio n   to   a  m o n t h l y   r eso l u t io n   u n co v er s   a  p r o f o u n d   d iv er g en ce   i n   p r ed ictiv e   ac cu r ac y .   Fi g u r e  5   m ap s   th e  av er ag e  KGE   tr aj ec to r ies  ac r o s s   all  co n f i g u r atio n s   to   illu s tr at e  th ese  m o n t h l y   f l u ctu a tio n s .   E m p ir ical  co m p a r is o n s   h i g h lig h t  a   s e v er e  p er f o r m an ce   d e f icit  a m o n g   th e  s ta n d alo n e  an d   h y b r id   ML - b ased   ar ch itect u r es,  as  t h eir   ef f icie n c y   m etr ics  d eter io r ate  s ig n i f ica n tl y   an d   f r eq u en t l y   p lu n g e  in to   n eg at iv e  K GE   ter r ito r y .   T h is   co llap s e  ex p o s es  th e ir   s tr u ct u r al  in s tab ilit y   at  an   a g g r eg a ted   te m p o r al  s ca le.   Fu r t h er m o r e,   s u c h   d eg r ad atio n   r ev ea ls   a  s y s te m ic  li m itati o n   w h er e  p u r e l y   alg o r it h m ic  m o d el s   s tr u g g le  to   in d ep en d en tl y   s u s tai n   lo n g   ter m   m as s   b alan ce ,   r e f lecti n g   t h e  in h er en t  d i f f ic u lt y   o f   e m b ed d in g   p h y s ical  m as s   co n s er v atio n   co n s tr ain ts   i n to   alg o r ith m ic  f r a m e w o r k s   [ 3 7 ] .   I n   s tar k   c o n tr as t,  QM   d e m o n s tr ated   ex ce p tio n al   te m p o r al  r o b u s tn es s   b y   s ec u r i n g   t h e  h i g h e s t  m o n th l y   KGE   s co r e  o f   0 . 3 4 1 .   B y   p r o f icien t l y   p r eser v in g   v o lu m e   ag g r e g ates   th r o u g h   d ir ec t  c u m u lati v e  d is tr ib u tio n   ad j u s t m e n t ,   QM   p r o v es  to   b e  i n tr i n s icall y   m o r e  d ep en d ab l e   f o r   l o n g - ter m   w ater   b alan ce   e v alu a tio n s   in   t h is   b as in   [ 3 8 ] .   Ulti m a tel y ,   w h ile  all  ev al u ate d   b ias  co r r ec tio n   tech n iq u e s   s u b s ta n tiall y   m o d if ied   th e  r a w   E C MW F  p r ec ip itatio n   f o r ec asts ,   id en ti f y in g   th e  o p ti m al  f r a m e w o r k   r eq u ir es  a  ca r ef u l  r ec o n ciliatio n   o f   s tatis tical   p er f o r m a n ce   a n d   o p er atio n al  co n s tr ain ts .   O u r   f i n d in g s   in d i ca te  th at  t h e  s ta n d alo n e  QM   a p p r o ac h   p r o v id es  a   s u p er io r   o p er atio n al  co m p r o m is e  co m p ar ed   to   alter n ativ e   m e th o d s .   T h is   f r a m e w o r k   ef f ec ti v el y   m i n i m ize s   s y s te m a tic  b ias  w h i le  s u s tai n in g   a  b alan ce d   eq u ilib r iu m   a m o n g   s tati s tical  p r ec is io n ,   m ass   b ala n ce ,   an d   co m p u tatio n al  e f f icien c y .   S u ch   ch ar ac ter i s tics   m a k e  it  h i g h l y   id ea l  a s   a  f o u n d atio n al  b aselin e  f o r   g e n er al   o p er atio n al  f o r ec asti n g   s ce n ar io s .   I n   co n tr ast,  s tan d alo n e  M L   co n f ig u r atio n s   en co m p a s s i n g   R F  an d   XGB o o s t   p r o v ed   in ad eq u ate  at  r ep licat in g   ex tr e m e  p r ec ip itatio n   v ar iab ilit y   d u e  to   p r o n o u n ce d   v ar ian ce   d ef la tio n .   A lt h o u g h   t h e  h y b r id   f r a m e w o r k s   ( R FQM   an d   XGB o o s tQM)   s u cc e s s f u ll y   r eso lv ed   t h ese   u p p er   tail li m itatio n s   an d   d eliv er ed   p ea k   ac c u r ac y   i m p r o v e m e n t s   f o r   h i g h   i n ten s i t y   e v e n ts ,   th e y   s i m u l ta n eo u s l y   in tr o d u ce d   s u b s ta n tial  ar ch itect u r al  co m p lex it y   a n d   co m p r o m is ed   m o n t h l y   m as s   b alan ce   co n s er v atio n .   Ulti m atel y ,   t h ese   d iv er g e n t  o u tco m es  u n d er s co r e  th e  n ec es s it y   o f   ali g n i n g   t h e  ch o s e n   m et h o d o lo g y   w it h   d is tin ct  o p er atio n al   o b j ec tiv es.  T h is   s tr ateg y   e n ta ils   p r io r itizin g   QM   f o r   co n ti n u o u s   h y d r o lo g ical  s i m u latio n s   w h ile  d ed icati n g   h y b r id   m et h o d s   ex cl u s iv e l y   to w ar d   tar g eted   ex tr e m e  f lo o d   r is k   m iti g atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.